Tratamento da água no futuro
O tratamento da água está a sofrer uma profunda transformação e está a ganhar importância a nível mundial. A água é um bem cada vez mais escasso. Sobretudo nos países mais pobres não está disponível em quantidades suficientes. Os estrangulamentos são cada vez mais graves devido à procura crescente por parte da indústria, da agricultura e da produção de energia. Embora problemas como a escassez de água sejam de relevância limitada na Alemanha, uma abordagem responsável da água, que poupe recursos, é uma questão importante para o futuro. O tratamento da água desempenha um papel fundamental na questão da disponibilidade de água. Cerca de 80% das águas residuais a nível mundial continuam sem tratamento, embora, em muitos casos, o seu tratamento seja tecnicamente possível. A longo prazo, existe, portanto, um potencial considerável para reduzir significativamente o nível de consumo de água pela indústria.
Explorar o potencial do tratamento da água do futuro
Explorar o potencial do tratamento da água do futuro
Ao mesmo tempo, a tónica é também colocada na eficiência energética, especialmente nos países industrializados. As estações de tratamento de águas residuais são consideradas verdadeiras desperdiçadoras de energia devido aos processos com utilização intensiva de energia nos tanques de aeração. Num contexto de objetivos ambiciosos de proteção do clima e de aumento dos preços da energia, a eficiência energética no tratamento da água tornar-se-á uma das principais questões para o futuro.
Especialmente na área da tecnologia energética para tanques de tratamento de águas residuais, é evidente que já existem tecnologias fiáveis para reduzir de forma sustentável o consumo de energia e que são altamente atrativas do ponto de vista da entidade exploradora. Os investimentos em modernas tecnologias de ventilação compensam muito rapidamente e melhoram a eficiência das instalações sem despesas indevidas, especialmente no caso de estações de tratamento de água mais antigas. O tratamento da água do futuro tem um grande potencial para mitigar a escassez de água, promovendo uma gestão responsável das matérias-primas e diminuindo o consumo de energia. Um exemplo com grande potencial para o futuro é a produção de energia a partir de águas residuais.
Produção de eletricidade e calor a partir de águas residuais
Uma das questões mais importantes para o futuro no domínio do tratamento de águas é a produção de energia a partir de águas residuais. Cada metro cúbico de águas residuais contém quatro vezes a quantidade de energia utilizada para purificar essa água; de um ponto de vista puramente teórico, uma estação de tratamento de águas residuais poderia, portanto, produzir mais energia do que aquela que consome. O princípio subjacente a esta noção é simples: os sólidos contidos nas águas residuais, como excrementos, papel higiénico ou outras partículas, podem geralmente ser utilizados em instalações de biogás para gerar energia elétrica e calor. As tecnologias para este processo já foram aplicadas com sucesso, mas ainda há muito espaço para melhorias. Por esse motivo, estão atualmente a ser investigadas e testadas novas tecnologias destinadas a aumentar a incineração de lamas sob a forma de protótipos - com resultados promissores.
Mas muitos obstáculos têm ainda de ser ultrapassados antes de se realizar todo o potencial das águas residuais na produção de energia. Um dos desafios consiste em aumentar significativamente a percentagem de sólidos que podem ser extraídos das águas residuais antes do processo de purificação propriamente dito. Isto poderia ser conseguido, por exemplo, através da adição de polímeros que provocam a aglomeração das lamas.
Estações de tratamento de águas residuais como verdadeiras desperdiçadoras de energia - existe um grande potencial de poupança de energia nesta área
Estações de tratamento de águas residuais como verdadeiras desperdiçadoras de energia - existe um grande potencial de poupança de energia nesta área
A eficiência energética é a questão mais importante para o tratamento da água do futuro. Por um lado, as entidades exploradoras de estações de tratamento de águas residuais veem-se constantemente confrontadas com regulamentos ambientais cada vez mais rigorosos por parte dos políticos. Por outro lado, têm de introduzir medidas de eficiência para contrariar o aumento dos preços da eletricidade. Para compreender a importância da eficiência energética nos tanques de tratamento de águas residuais, ajuda analisar o balanço energético de uma estação de tratamento.
As cerca de 10 200 estações de tratamento de águas residuais instaladas na Alemanha utilizam um total de aproximadamente 4.400 gigawatts-hora (GWh) de energia elétrica por ano. Isto corresponde a um consumo específico de 35 kWh/equivalente de população por ano. Assim, as estações de tratamento de águas residuais ainda representam cerca de 0,7% da energia consumida na Alemanha.
Acontece que a aeração é de longe o principal consumidor de quase todas as estações de tratamento de águas residuais com processos de lamas; enquanto a percentagem de energia consumida pelas estações com estabilização aeróbica de lamas se situa entre 60% e 80%, ainda é de cerca de 50% para as estações com digestão de lamas. Além disso, há outros consumidores de energia que não são tão significativos como o processo das lamas. Os principais consumidores de energia num relance:
Uma análise do consumo médio de energia destas estações mostra que o maior potencial de redução do consumo de energia reside na aeração dos tanques de aeração e nas estações de bombagem em funcionamento constante, por exemplo, a entrada, o mecanismo de elevação intermédio e a recirculação interna. A aeração dos tanques de aeração desempenha o papel mais importante, razão pela qual este aspeto é analisado em pormenor mais adiante.
Consumo energético em destaque: medidas adicionais para aumentar a eficiência
Aumentar a eficiência energética dos tanques de aeração e utilizar lamas ou gás digestor para gerar energia e calor não são as únicas medidas no caminho para o tratamento da água do futuro. O potencial adicional reside, por exemplo, na integração das energias renováveis nos sistemas energéticos das estações de tratamento de águas residuais.
It is possible, for instance, to install solar cells or wind turbines on the grounds of waste water treatment plants to further improve the ratio of generated energy to total energy consumption. At the same time, it should obviously be kept in mind that these measures are subject to the same constraints as other sites and the profitability of the investment depends on the prevailing conditions, such as local sunshine and wind conditions. Although the use of solar collectors to generate heat is also of particular interest for plants without sludge digestion, this approach will probably play only a subordinate role in the future. For plants with aerobic sludge stabilisation, there is already usually an excess of heat available in the summertime, which renders the measure superfluous for this type of waste water treatment plant. Other measures for ensuring energy-efficient water treatment in the future seek to use hydroelectric power in the inlets and outlets of the waste water treatment plant. This approach offers only limited potential, however, because the available fall height is low and the amount of energy generated does not justify the effort and expense.
Especialmente no caso de estações maiores com incineração de lamas, recomenda-se a utilização de resíduos de crivos de barras como fonte adicional de combustível para aumentar ainda mais a eficiência energética. No entanto, o potencial desta tecnologia é limitado pela utilização de lavadores de detritos de crivos de barras, que reduzem a acumulação de detritos.
Tecnologia de aeração orientada pela necessidade: medidas de alta eficiência
O que acontece num tanque de aeração?
Para compreender por que razão os tanques de aeração consomem tanta energia, vejamos sucintamente os processos de um sistema de limpeza biológica. Os tanques de aeração eliminam as águas residuais pré-clarificadas mecanicamente de substâncias orgânicas, tais como fosfatos e compostos azotados. Esta decomposição é efetuada por microrganismos como as bactérias, as lamas aeradas.
Para remover biologicamente os fosfatos das águas residuais no primeiro passo, a primeira parte do tanque é mantida com baixo teor de oxigénio. Uma grande quantidade de oxigénio é então introduzida nas águas residuais por meio de ar comprimido. As bactérias multiplicam-se rapidamente devido ao oxigénio, fazendo com que os fosfatos se liguem à lama biológica quando combinados com um precipitante dissolvido. As lamas decompõem-se em seguida em tanques de tratamento secundário e podem ser reintroduzidas nos tanques de aeração ou transportadas para o sistema de tratamento de lamas. Este processo consome muita energia devido à introdução de grandes quantidades de ar comprimido.
Desafios e potencial de otimização na tecnologia de aeração
O desafio da tecnologia de aeração consiste principalmente em proporcionar uma oferta de ar orientada pela demanda, capaz de suportar flutuações graves nos perfis de carga e níveis variáveis de contaminação. As estações de tratamento de águas residuais mais antigas estão frequentemente equipadas com tecnologias de sobrepressor que fornecem sempre a mesma quantidade de oxigénio independentemente da situação de abastecimento, embora nem sempre seja necessário. O desafio é, portanto, implementar a aeração orientada pela necessidade, por um lado, e, por outro, fornecer as faixas de carga parcial do perfil de carga da forma mais eficiente possível.
To efficiently supply energy to aeration tanks, AERZEN relies on a product portfolio that consists of one or more blower technologies implemented in accordance with the individual requirements of each waste water treatment plant. This approach makes it possible to achieve maximum efficiency and fully exploit the potential for savings.
O portefólio é composto por turbos, sobrepressores de êmbolo rotativo e compressores de êmbolo rotativo. A vantagem é óbvia: cada uma destas tecnologias tem vantagens e pontos fortes individuais, que podem ser adaptados às necessidades individuais. Enquanto os turbo, por exemplo, são impressionantemente eficientes em termos energéticos, as máquinas de êmbolo rotativo são excelentes em termos de adaptabilidade e eficiência quase invariável na gama de carga parcial. Enquanto híbrido, o compressor de êmbolo rotativo combina as vantagens da tecnologia de sobrepressor e compressor num único sistema. Dependendo da aplicação, é aconselhável escolher entre uma combinação de diferentes tecnologias ou a tecnologia mais eficiente para o caso em questão. Ao mesmo tempo, é possível instalar não só tecnologias diferentes, mas também tamanhos diferentes. E é possível realizar um potencial adicional de poupança se esta abordagem for combinada com um comando global inteligente.
A experiência tem demonstrado que é possível obter poupanças de energia substanciais através de uma aeração otimizada. Por exemplo, ao instalar um turbo Aerzen e um híbrido Delta, a estação de tratamento de águas residuais de Rheda-Wiedenbrück conseguiu poupar 40.000 euros em custos de energia - por ano.
